甘肃西成盆地小沟里—三羊坝金矿床地球化学特征

康亚龙,刘继顺,张旺定,尹利君

(1.中南大学地学与环境工程学院,长沙 410083；

2.新疆维吾尔自治区有色地质矿产勘查院,乌鲁木齐 830000)

0 引言

西秦岭处于华北板块与扬子板块的交界部位,是中国西部重要的构造成矿带,具有极其重要的地质研究意义和潜在的矿产资源开发价值[1]。肖力等对西秦岭地区金矿控矿因素和资源潜力进行了分析[2]；赵彦庆等以西秦岭大水金矿的花岗岩为研究对象,讨论了该区花岗岩的成矿作用[3]；路彦明等对寨上金矿床中石英和绢云母的40A r/39A r定年进行了研究[4]。

西成盆地是西秦岭的组成部分,与东秦岭共同构成秦岭贵金属多金属成矿带。它不仅是秦岭造山带的重要组成部分,还是衔接古特提斯北部分支裂谷带的关键部位,使秦岭带与川西北在三叠纪形成统一海槽,构成著名的“西北金三角”。一些学者也对西成盆地的矿床地质进行了系统研究[5-13],本文在分析研究前人资料的基础上,对小沟里—三羊坝金矿床地质地球化学特征进行了研究,以期推动该区的矿床地质研究工作。

1 矿区地质概况

西成盆地小沟里—三羊坝金矿床位于吴家山古隆起的西南部,广金坝背斜的南翼(图1)。区域地层主要为中泥盆统西汉水组上部层(D2x2),为一套浅海相或局限洼地相的细碎屑岩夹不纯碳酸盐岩复理石建造。区域构造线以NW向、近EW向为主,构造变形南强北弱,发育韧性、脆性等不同层次的变形。由南向北,从以韧性变形为主转变为以韧-脆性变形为主：南部的层间塑性流动构造、膝折带等韧性、韧性向脆性转变期的构造形迹发育；向北依次发育膝折带、推覆褶皱、断层构造；成矿区以层间剪切构造为主。表现出由南到北逆冲推覆构造的变形特征。

在矿区南约2 km处有大山黑云母花岗岩侵入；中酸性岩脉(黑云母斜长花岗斑岩、正长花岗斑岩)顺层侵入。大山黑云母花岗岩与上覆灰岩间以推覆断层构造相接触,灰岩底部具大理岩化,这表明岩体侵位早于逆冲推覆构造期。另外,矿区发育钠质热水沉积岩,与南侧瘳坝层状钠质岩同属沉积期海底热水沉积作用的产物。成矿区从沉积-成岩期-构造岩浆作用期,处于异常地热状态。

图1 甘肃西成盆地小沟里—三羊坝金矿床地质略图(据文献[14]) Fig.1 The geologicalmap of Xiaogouli-Sanyangba gold deposit in Xihe-Chengxian basin in Gansu

2 矿床地质特征

2.1 矿石特征

小沟里—三羊坝金矿矿石主要为石英脉型,金属矿物主要为黄铁矿、毒砂,次为方铅矿、闪锌矿及少量黄铜矿、磁黄铁矿；自然金、银金矿为金的独立矿物。脉石矿物主要有石英、绢云母、绿泥石、铁白云石、钠长石。

矿石主要有草莓结构、变晶结构、共生结构、固熔体结构,层纹构造、浸染构造。

2.2 金的赋存状态

金主要以自然金形式存在,次有少量银金矿。有2种主要嵌布形态,一种为在黄铁矿、黄铜矿、毒砂、闪锌矿等金属硫化物和石英、钠长石、方解石、铁白云石等脉石矿物间晶隙中分布,以不规则状为主；一种在载金黄铁矿等矿物内呈包裹体金。金的粒度范围为0.07～1.00 mm,属微细粒浸染型。

3 地球化学特征

3.1 微量元素特征

矿物中Co/Ni值被广泛用于成因判别[15-16]：沉积成因一般小于1,岩浆热液成因一般大于1。小沟里—三羊坝金矿黄铁矿Co,Ni的质量分数测试结果和Co/Ni比值(表1)表明,2个样品的Co/Ni=1,另外2个样品的Co/Ni=13,均大于1。与邓家山铅锌矿和安家岔金矿不同,小沟里—三羊坝金矿显示出内生成因的特点。考虑到矿石中沉积期和变质期有黄铁矿的大量存在,成矿物质有可能来源于岩浆热液(表1)。

3.2 稀土元素特征

小沟里—三羊坝金矿稀土元素分析结果见表2,稀土元素标准化配分模式图见图2。

从表2可看出：稀土总量w(ΣREE)=6.07× 10-6～227.20×10-6,平均117.55×10-6；轻稀土w(LREE)=4.89×10-6～167.00×10-6,平均90.10×10-6；重稀土w(HREE)=1.18×10-6～60.20×10-6,平均27.44×10-6；LREE/HREE= 1.372～4.582,平均 3.31；LaN/YbN=7.079～16.855,平均 10.42；δ(Eu)=0.54～0.80,平均0.65；δ(Ce)=0.81～1.04,平均0.89。从稀土元素标准化模式图(图2)可以看出,围岩(XB11,XB23, XB27,XB28)、矿石(XY11,XY12)、含金石英脉(XY3)的稀土配分曲线形式相似,具有弱的Eu,Ce负异常,以较缓的右倾曲线为特征,而稀土总量依次减少(表2,图2)。其中细碎屑岩、花岗斑岩脉、铁白云石钠长岩及毒砂的特征更为相似,稀土总量高,分异相对小,配分形式相似,为一组缓密集平行的右倾斜线,这表明其稀土的来源一致,均属壳源。黄铁矿及含金石英脉具稀土总量低,弱的负Eu,Ce异常,表明二者具有相似的地质演化,成因联系密切。而黄铁矿的LREE/HREE及LaN/YbN最低,Sm/Nd最高,具有深源特征(地幔型Sm/Nd为0.26～0.375,地壳、沉积岩小于0.3)。

表1 不同类型矿床中黄铁矿的Co,Ni质量分数和Co/Ni比值Table 1 The value of Co,Ni,Co/Niof pyrite in different types of deposits

图2 小沟里—三羊坝金矿稀土元素配分模式[15]Fig.2 Chondrite-nomalized REE patterns ofXiaogouli-Sanyangba gold deposit

表2 小沟里—三羊坝金矿稀土元素分析结果Table 2 The content of REE of Xiaogouli-Sanyangba gold deposit

4 同位素特征

4.1 硫同位素

小沟里—三羊坝金矿床硫化物矿物的δ(34S)= -6.15×10-3～+13.62×10-3,平均值为+5.48× 10-3(表3)。δ(34S)的变化范围较大,离散值为9.27× 10-3,以轻度富集重硫为特征。通常将成矿热液的总硫同位素分为3种类型[19]：①δ(34S)值接近于0,一般认为是地幔源或是地壳深部大量物质均一化的结果；②δ(34S)值为较大的正值(+20×10-3左右),多认为来自于海水或沉积地层；③δ(34S)值介于上述两种类型之间(+5×10-3～+15×10-3),被认为是局部围岩或混合来源。从表3可看出,本区的硫同位素δ(34S)多为+5×10-3～+15×10-3,硫来自局部围岩或混合来源。中矿带黑色钙质千枚岩中黄铁矿的δ(34S)=-6.15×10-3,具生物硫的特征,与岩层生物有机质发育相一致。多数硫化物的δ(34S)值接近花岗岩的硫同位素组成(-4×10-3～+9×10-3),与邓家山铅锌矿床硫同位素组成相似。

表3 小沟里—三羊坝金矿硫同位素组成Table 3 Composition of sulfur isotope of Xiaogouli-Sanyangba gold deposit

4.2 铅同位素

小沟里—三羊坝金矿床的铅同位素组成(表4)显示,矿石的铅同位素206Pb/204Pb=18.201～18.222,207Pb/204Pb=15.628～15.782,208Pb/204Pb =38.452～38.508；含金石英脉的铅同位素206Pb/204Pb=18.140～18.701,207Pb/204Pb=15.601～15.796,208Pb/204Pb=38.374～39.340；花岗岩的铅同位素206Pb/204Pb=18.407～18.519,207Pb/204Pb= 15.648～15.766,208Pb/204Pb=38.877～39.175；铁白云石石英钠长岩的铅同位素206Pb/204Pb=18.405～18.419,207Pb/204Pb=15.801～15.826,208Pb/204Pb=38.883～39.115。在铅同位素构造演化模式图(图3)中,铅同位素多数投影在上部地壳铅线和造山带铅线附近,仅有个别的样品投于造山带铅线与地幔铅线之间,这显示出壳幔混合来源的特点。与北部的安家岔金矿相似[17],与硫同位素显示的信息也基本一致。

图3 小沟里—三羊坝金矿铅同位素构造演化模式图(底图据文献[21])Fig.3 Tectonic model of lead isotope evolution for Xiaogouli-Sanyangba gold deposit

5 流体包裹体特征

5.1 流体包裹体类型

采取含金石英脉中的石英流体包裹体作为测试对象。样品中包裹体十分发育,形态多样、种类繁多,单相-三相包体共存,以气液两相包裹体为主,以CO2含量高、出现CO2液相包体为特征,富CO2的包体占包体总量的25％。

5.2 包体成分

采用爆裂-超波提取法和激光拉曼法分析。包体成分测试结果(表5,表6)表明,成矿流体液相成分属 Na+(K+)-Ca2+(M g2+)-Cl-型。主成矿期：K+/Na+=0.53,F-/Cl-=0.02,Na+/(Ca2++ M g2+)=3.93～13.6,SO2-4仅在激光拉曼法测试时部分包体有微量显示；气相成分复杂,以 CO2和H2O为主,其次为CO,H2,H2S和CH4。成矿流体以低盐度为主,w(NaCl)=7.2％～11.5％。中低温H2O体系包裹体＜10,中高温CO2+H2O体系包裹体＞10；流体密度ρ流体=0.776～0.936 g/cm3,主成矿期高于晚期；p H值相对稳定(6.65～6.7),显弱碱性。流体成分中以CO2,Na+和 K+为主,并且具有富Cl-,低Ca2+和M g2+,低盐度、弱碱性的特征。

表4 小沟里—三羊坝金矿铅同位素组成Table 4 Lead isotope composition of Xiaogouli-Sanyangba gold deposit

表5 小沟里—三羊坝金矿包裹体的气相成分及参数Table 5 Gas phase parameters and composition of fluid inclusion in Xiaogouli-Sanyangba gold deposit

表6 小沟里—三羊坝金矿包裹体的液相成分及参数Table 6 Fluid phase parameters and composition of fluid inclusion in Xiaogouli-Sanyangba gold deposit

K+/Na+＜1,F-/Cl-＜1,是沉积或地下水形成的流体特征,而这两个比值大于1则是流体来自岩浆的主要证据之一[22]；王莉娟的研究[23]表明,中低温、Ca2+-Na+-Cl-型或Na+-Ca2+-Cl-型,贫K+和M g2+的流体,可能为大气降水及同生沉积来源的成矿流体；而低盐度、较高温度和还原条件的CO2+H2O流体则具有变质成矿流体的共同特征。对金矿而言,中高温、低盐度、高CO2和相对富 K+的Na+-Ca2+-Cl-型或 K+(Na+)-Ca2+-Cl-型流体可能是变质流体的代表性特征[9]。从此可以看出,小沟里—三羊坝金矿流体既具有大气降水特征,又具变质流体特征。成矿流体来源极有可能属混合源。

5.3 均一温度

H2O体系包裹体的均一温度低,为115～205℃,峰值区间为140～160℃；主成矿期135～205℃,晚期温度有所降低；CO2+H2O两相或三相包体的中高温范围为225～335℃,峰值为270℃。盐度为7.2％～11.5％。结果表明成矿过程中存在两种流体：浅部以水为主的低温流体和来自深部富CO2中高温流体的混合。

5.4 氢氧同位素特征

对矿床热液成因石英流体包裹体水氢氧、碳同位素的分析结果表明,在成矿过程中,氢同位素保持稳定,氧同位素具有反向漂移特征(表7)。

据研究,西成盆地泥盆系沉积建造的氧同位素值很高[27]；中国不同地区的卡林型金矿床具有较为一致的铅源,成矿流体均以大气降水为主,并显示出矿床的内生成因特点[28]。小沟里—三羊坝金矿床流体包裹体的氢氧同位素特征(图4)表明：成矿过程中有大气降水参与；主成矿期流体碳同位素δ(13C)=-3.31×10-3,显示具深源性。从表7和图4可以看出,区域范围内不同矿床的成矿流体来源复杂,主要为大气降水,同时明显受到变质水或岩浆水的影响。

表7 小沟里—三羊坝金矿床石英氢、氧同位素组成Table 7 Hydrogen and oxygen isotope composition of quartz in Xiaogouli-Sanyangba gold deposit

图4 小沟里—三羊坝金矿床δ(18O)-δ(D)图解Fig.4 δ(18 O)-δ(D)Plot of Xiaogouli-Sanyangba gold deposit

6 结论

(1)黄铁矿的Co/Ni比值为1或大于1,反映成矿物质主要来自于岩浆热液。稀土总量w(REE)= 6.07×10-6～227.20×10-6,轻稀土w(LREE)= 4.89×10-6～167.00×10-6,重稀土w(HREE)= 1.18×10-6～60.20×10-6,LREE/HREE=1.372～4.582,LaN/YbN=7.079～16.855,δ(Eu)=0.54～0.80,δ(Ce)=0.81～1.04。围岩、矿石和含金石英脉的稀土元素标准化模式曲线相似,以弱 Eu和 Ce的负异常、缓右倾曲线为特征,而稀土总量依次减少。

(2)硫同位素δ(34S)=-6.15×10-3～+13.62 ×10-3,平均+5.48×10-3,显示出硫的多源性特点；铅同位素具有壳幔混合源的特征。

(3)小沟里—三羊坝金矿床中的流体包裹体主要为气液两相,另有液相包裹体和气相包裹体。成矿流体的液相成分阳离子以Na+和 K+为主,阴离子主要以Cl-为主；气相成分以H2O和CO2为主。

(4)小沟里—三羊坝金矿床中的流体包裹体的均一温度为115～205℃；盐度为7.2％～11.5％。

(5)小沟里—三羊坝金矿床的氢氧同位素显示成矿流体以大气降水为主,并受变质水和岩浆水的影响。

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